class: center, middle, inverse, title-slide # Google Earth Engine (GEE) ## Curso: Introducción al análisis espacial y web-mapping <br>con Google Earth Engine y R Shiny<br> ### MSc. José A. Lastra <br>Matías Olea<br> ### Laboratorio Geo-Información y Percepción Remota ### 15/07/2021 --- background-image: url(data:image/png;base64,#logo_labgrs_color.png) background-position: center background-size:40% --- # ¿Qué es GEE? -- - Es una plataforma en el cloud para el análisis de datos geoespaciales -- - Los datos pueden venir de modelos climáticos, percepción remota u otras fuentes -- - La idea general es facilitar el análisis computacional y colaborar en el desarrolllo de resultados. -- .center[ ] --- class: middle, center  .left[ .footnote[ - Servidores dedicados - más de 20 petabytes de datos - Dos APIs para trabajar: JavaScript y Python - Ahora también R con [rgee](https://github.com/r-spatial/rgee) ] ] --- #¿Cómo se procesan los datos? -- - De manera simple, lo que se realiza es una paralelización de la información. -- - Los datos se dividen en tiles que son enviados a los servidores, procesados y reensamblados al finalizar el proceso. -- - No es funcional para procesos dependientes del entorno (ejemplo: análisis de redes, drenaje, etc.) -- .center[ ] .center[[Gorelick *et al.*, 2017](https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0034425717302900#f0010)] --- #Catálogo -- .center[] -- - Diversas fuentes de información a diferentes escalas espaciales y temporales. -- - Para mayor información: [Catálogo](https://developers.google.com/earth-engine/datasets) --- # En este curso -- - Usaremos el Code Editor (GUI), desde donde podremos acceder a toda la información y funciones de procesamiento como: -- + Image + Image Collection + Geometries + Filter + Reducer + Random Forest -- - Para estar al corriente de las nuevos datos y algoritmos: + [Medium](https://medium.com/google-earth) + [Remote Sensing](https://www.mdpi.com/journal/remotesensing/special_issues/GEE) --- # ¿Qué podemos hacer con GEE? .left[ - Obtener *una* imagen - Aplicar un algoritmo a una imagen - Usar una colección de imágenes - Map sobre una colección - Aplicar reducciones - Etc... ] -- .center[  ] --- # Ventajas y desventajas <div id="htmlwidget-1a43e111fcf4ee34a8c0" style="width:100%;height:auto;" class="datatables html-widget"></div> <script type="application/json" data-for="htmlwidget-1a43e111fcf4ee34a8c0">{"x":{"filter":"none","data":[["Poder de computacional de Google para investigación; educación y aplicaciones sin fines de lucro","Optimizado para análisis geo-espacial","Datos online para todos los usuarios","Datos actualizados constantemente","Capacidad de descarga en cualquier momento","Contiene algoritmos de machine learning y amplias herramientas de procesamiento de imágenes","Tutoriales y documentación disponible","Interfaz web para correr y debuggear","Dispone de JavaScript y Python"],["Licencia pagada para uso comercial","Visualizar extensiones grandes puede resultar en procesos visuales lentos o caídas de la interfaz","Se requiere conocimiento en la implementación de código","Un usuario solo puede subir hasta 250 GB de datos propios","La descarga de datos depende del volumen de datos y la calidad del internet","Machine learning o deep learning limitado a 100 mb de datos de entrenamiento","No todo es escalable e implementable de manera tan sencilla","El debugging no es tan simple de efectuar","Como se desempeñe la ejecución del código será dependiente de las capacidades del sistema"]],"container":"<table class=\"cell-border stripe\">\n <thead>\n <tr>\n <th>Pros<\/th>\n <th>Contras<\/th>\n <\/tr>\n <\/thead>\n<\/table>","options":{"pageLength":5,"order":[],"autoWidth":false,"orderClasses":false,"lengthMenu":[5,10,25,50,100]}},"evals":[],"jsHooks":[]}</script> --- # Fundamentos teóricos de Percepción remota -- - La *Teledetección* o *Percepción Remota* es la ciencia (y hasta cierto punto, el arte) de adquirir información sobre la superficie de la Tierra sin estar realmente en contacto con ella. Esto se hace detectando y registrando la energía reflejada o emitida y procesando, analizando y aplicando esa información (Centro de Canadá para la Percepción Remota). En términos generales, se basa en tres procesos diferenciados: - La captura de datos (sin entrar en contacto directo con ellos - remoto) - La transmisión de estos (envío de datos desde el sensor a una estación receptora) y - El análisis de los mismos (descarga desde el portal y procesamiento por el usuario). --- .center[] .center[Ilustración: Yang et al. 2013 (10.1038/NCLIMATE1908)] --- # Energía electromagnética -- - La observación de la Tierra desde el espacio mediante teledetección, se fundamenta en las propiedades de las ondas electromagnéticas emitidas, reflejadas o difractadas por los objetos. -- - Todos los objetos con temperatura superior a cero absoluto (0° Kelvin) irradian energía electromagnética, como consecuencia de la acción térmica y molecular. -- - El conjunto de longitudes de onda que puede adoptar la radiación se denomina *espectro electromagnético*, y suele dividirse en *regiones*. --- .center[] .center[Ilustración: NASA] --- -- Hay que tener en cuenta que la luz en sus diferentes longitudes de onda, interactúa con cuerpos/objetos de tamaño similar o igual a su longitud de onda. Esta propiedad es la que permite que la mayor cantidad de espectro de luz ultravioleta, rayos x y gama, no penetren la atmósfera terrestre, ya que chocan con las moléculas de ozono y son absorbidas en su gran mayoría. Esta es la misma propiedad que hace que cielo sea azul para el ojo humano. La longitud de onda azul es la más pequeña dentro del espectro visible (azul-verde-rojo) por lo tanto al penetrar la atmósfera es la primera en dispersarse. Al atardecer, cuando el sol está "aparentemente" más abajo (cercano al horizonte) la distancia que debe recorrer la luz es mayor, por lo que las ondas azules ya se dispersaron por completo y predominan las ondas rojas. -- - La energía electromagnética interactúa con diferentes elementos presentes en la atmósfera generando diferentes comportamientos en el flujo energético: .center[] .center[Ilustración: NASA, 2010] --- # Plataformas -- - Hoy en día es posible encontrar una amplia variedad de sistemas que son utilizados para la observación de la Tierra. - Las estructuras más conocidas son los satélites, sin embargo no son las únicas plataformas utilizadas en percepción remota, lo mismo ocurre con los sensores, los cuales se pueden diferenciar dependiendo del sistema utilizado para la detección de la energía electromagnética. -- .center[] .center[Ilustración: NASA] --- # Sensores -- - Los sensores a bordo de las plataformas son los instrumentos encargados de registrar la energía electromagnética, existiendo dos tipos de sensores, los *pasivos* y los *activos*, los cuales diferencian por el método que utilizan para llevar a cabo el registro de la energía. -- - Son aquellos que se limitan a *recoger* la energía electromagnética procedente de la superficie terrestre, ya sea esta reflejada de los rayos solares u otra fuente de iluminación (Chuvieco, 2010), es decir, son aquellos cuya fuente de energía es el sol y/o la temperatura de los cuerpos. Estos tipos de sensores corresponden a los instrumentos utilizados por lo que se conoce como *Percepción Remota Óptica*, porque lo más abundante de esta región de estudio es el espectro visible, aunque considera parte del infrarrojo. -- - Son aquellos que *emiten* un haz energético que, posteriormente, recogen tras su reflexión sobre la superficie que se pretende observar. Estos tipos de sensores corresponden a los instrumentos utilizados por lo que se conoce como *Percepción Remota RADAR* o *LiDAR*. --- .center[] .center[Ilustración: ESA] --- .center[] .center[Ilustración: ESA] --- # Resoluciones -- - Si bien en GEE podemos encontrar información de sensores activos y pasivos, en este curso nos centraremos en ejemplos de Percepción Remota Óptica Satelital. -- - Cada característica de las imágenes depende directamente de las plataformas y los sensores. -- - En el caso de las resoluciones, estas pueden ser: espacial, temporal, espectral, radiométrica y algunos autores incluyen la angular. --- # Resolución espacial -- - La *resolución espacial* hace referencia al *tamaño del píxel* en imágenes digitales. Si la resolución espacial es mayor, el tamaño del píxel es menor y por tanto se pueden identificar los cuerpos con mayor claridad, es decir, el tamaño mínimo identificable aumenta como se puede ver en el siguiente diagrama: .center[] --- # Resolución temporal -- - La *resolución temporal* indica la *periodicidad o frecuencia* con la que el sensor adquiere una imagen del mismo punto geográfico. -- - Este tipo de resolución depende de la plataforma en la que orbite o transite y del ángulo total de abertura del sensor. -- - Los satélites Landsat y Terra/Aqua (comunmente llamados MODIS por el nombre de su sensor) son, probablemente, los satélites más utilizados a la hora de estudiar la tierra, pero ambos tienen características que los hacen diferentes. Por ejemplo, Terra/Aqua están a una órbita de 705 km de la superficie de la Tierra, por lo que su SWAT (tamaño de área de captura) es de 2330 km, mientras que Landsat está a 703 km y su SWAT es de 183 km. De esta manera, como se puede observar en la siguiente figura, Terra/Aqua cubre mayor proporción de la tierra, por lo que se demoran menos en completar una visita a toda la superficie. .center[] .center[Ilustración: LabGRS] --- # Resolución espectral -- - La *resolución espectral* indica la *cantidad de bandas espectrales y su ancho*. De tal forma que mientras más cantidad de bandas tenga el sensor, mejor se puede conocer el comportamiento espectral de los cuerpos. Mientras más estrechas sean las bandas, la información recogida por el sensor será más exacta debido a que captará la información de una región del espectro más detallada. *** -- .center[] .center[Ilustración: NASA, 2019] -- - Por lo general los satélites tienen entre 3 hasta 12 bandas espectrales, lo que se conocen como imágenes multiespectrales. Pero, existen otros satélites caracterizados por tener una resolución espectral superior, con más de 100 bandas espectrales. Como el caso de satélite Hyperion con 224. --- - Al ser una banda espectral una matriz raster de información, cuando hablamos de imágenes hiperespectrales, hablamos que se generan reales cubos de información, es por eso que también podemos encontrarlos como cubos hiperespectrales en la literatura .center[] .center[Ilustración: Open Geo Spatial] --- # Resolución radiométrica -- - La *resolución radiométrica* es la *capacidad del sensor para detectar las variaciones de radianza espectral* (energía reflejada, o devuelta a la atmósfera captada por el sensor) que recibe de los cuerpos. Para el caso de imágenes digitales esto se expresa a través del número de bits. - Por ejemplo, una imagen con una resolución de 8 bits tiene 256 niveles de brillo (Richards & Jia, 2006). -- .center[] --- - De esta forma, cada píxel que compone una imagen, puede asumir una cantidad de valores específica, dependiendo de su Resolución Radiométrica. - En términos de interpretación visual, cuando hablamos de resolución radiométrica podremos distinguir detalle en nuestra escala de grises, o profundidad de los colores (en los canales RGB) como se puede observar en la siguiente imagen: -- .center[] .center[Ilustración: LabGRS] --- # Síntesis -- - La percepción remota estudia la interacción entre la luz (energía electromagnética) emitida por un cuerpo (principalmente el sol) y los objetos sobre la Tierra. - Las diferentes regiones del espectro electromagnético interactúan con cuerpos cuyas dimensiones son similares a su longitud de onda. - Las plataformas son los sistemas que albergan los sensores con los que se miden. Estos pueden ser terrestres, aéreos o espaciales. - Los sensores pueden ser pasivos (si registran la interacción entre la energía emitida por el sol y los objetos en la superficie) y los activos que emiten su propio pulso energético y registran la interacción de dicho pulso con los objetos sobre la superficie. - Debido a características propias de los sensores y las plataformas, las características principales de las imágenes satelitales las podemos reconocer como resoluciones: espacial, temporal, espectral, radiométrica y angular. - GEE nos permite acceder a un gran catálogo de información de todo tipo, del cuál nosotros trabajaremos principalmente con datos satelitales dentro del dominio óptico. --- background-image: url(data:image/png;base64,#logo_labgrs_color.png) background-position: center background-size:40%